PENGARUH PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS TIPE CEKUNG

SETENGAH LINGKARAN DAN PARABOLIK PADA BENDUNG

DENGAN KOLAM OLAK TIPE SOLID ROLLER BUCKET

TERHADAP PANJANG LONCAT AIR DAN KEHILANGAN ENERGI

Tugas Akhir

untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil

diajukan oleh

diajukan oleh :

DWI SETYO NURRIZAL

NIM : D100110053

NIRM : 11.6.106.03010.50053

kepada

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2015

ii

LEMBAR PENGESAHAN

PENGARUH PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS TIPE CEKUNG

SETENGAH LINGKARAN DAN PARABOLIK PADA BENDUNG

DENGAN KOLAM OLAK TIPE SOLID ROLLER BUCKET

TERHADAP PANJANG LONCAT AIR DAN KEHILANGAN ENERGI

Tugas Akhir

diajukan dan dipertahankan pada Ujian Pendadaran

Tugas Akhir dihadapan Dewan Penguji

pada tanggal …………………….

diajukan oleh :

DWI SETYO NURRIZAL

NIM : D100110053

NIRM : 11.6.106.03010.50053

Susunan Dewan Penguji

Pembimbing Utama

Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T.

NIK. 691

Pembimbing Pendamping

Gurawan Djati W., S.T., M.Eng.

NIK. 782

Anggota,

Ir. Hermono S.B., M.Eng.

NIP : 110 032 522

Tugas Akhir ini diterima sebagai salah satu persyaratan

untuk mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil

Surakarta, …………………………..

Dekan Fakultas Teknik,

Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D.

NIK. 682

Ketua Progdi Teknik Sipil

Mochamad Solikin,S.T., M.T., Ph.D.

NIK. 792

iii

LEMBAR PERNYATAAN

هتاگربوهللاةمحرومکيلعمالسلا

Yang bertandatangan dibawah ini :

Nama : Dwi Setyo Nurrizal

NIM : D100110053

Fakultas/Progdi : Teknik / Teknik Sipil

Judul Tugas Akhir : Pengaruh Penempatan Baffle Blocks Tipe Cekung

Setengah Lingkaran dan Parabolik Pada Bendung

dengan Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket Terhadap

Panjang Loncat Air dan Kehilangan Energi

Dengan ini menyatakan sebenar-benarnya bahwa :

1. Tugas Akhir dengan judul tersebut di atas adalah hasil penelitian kolaborasi

antara dosen pembimbing (Gurawan Djati Wibowo, S.T., M.Eng.) sebagai

peneliti utama dengan penulis (Dwi Setyo Nurrizal) sebagai peneliti

pendamping, dan dalam naskah ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah

diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik di suatu

Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis

atau diterbitkan oleh orang lain baik sebagian atau keseluruhan, kecuali

secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan diterbitkan dalam sumber kutipan

atau daftar pustaka.

2. Apabila ternyata dalam naskah skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-

unsur plagiat, saya bersedia skripsi ini digugurkan dan gelar akademik yang

saya peroleh dibatalkan, serta diproses dengan ketentuan hukum yang

berlaku.

3. Skripsi ini dapat dijadikan sumber pustaka yang merupakan hak bebas royalti

non ekslusif.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya untuk dipergunakan

sebagaimana mestinya.

هتاکربوهللاةمحرومكياعمالسلاو

yang menyatakan,

Pembimbing Utama

Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T.

NIK. 691

Mahasiswa

Dwi Setyo Nurrizal

NIM. D100110053

iv

MOTTO

Katakanlah: “Dialah Allah, yang Maha Esa”. (Surat Al-Ikhlas : 1).

Dan jika kamu menghitung-hitung nikmat Allah, niscaya kamu tak dapat

menentukan jumlahnya. Sesungguhnya Allah benar-benar Maha Pengampun lagi

Maha Penyayang. (An-Nahl : 18).

“Senyumanmu ketika bertemu saudaramu adalah sedekah.” (H.R. Tirmidzi).

Wahai orang-orang yang beriman, Rukuklah kamu, sujudlah kamu dan sembahlah

Tuhanmu, dan berbuatlah kebaikan, supaya kamu mendapat kemenangan.

(Surat Al-Haj : 77).

Dan orang-orang yang berjihad untuk (mencari keridhaan) Kami, benar-benar

akan Kami tunjukkan kepada mereka jalan-jalan Kami. Dan Sesungguhnya Allah

benar-benar beserta orang-orang yang berbuat baik. (Al-Ankabut : 69).

Raihlah Mimpimu dengan segala perjuanganmu, do’a dan usahamu. Jangan

mudah menyerah apapun itu adalah proses menuju sukses. (Dwi Setyo Nurrizal).

v

PERSEMBAHAN

Bismillahirrohmanirrohim,

Untuk Ibu terimakasih untuk semuannya, atas segala perjuangan, do’a buat anak-

anaknya. Allah SWT selalu bersama orang-orang yang bertaqwa dan tawakkal di

jalan-Nya.

“ Surga Di Bawah Telapak Kaki Ibu”. Muliakan Ibu dan bahagiakan ibu.

Semoga Almarhum Bapak, Senantiasa mendapatkan ampunan atas segala dosa

dan kesalahan, dan mendapatkan tempat yang mulia di Sisi Allah SWT di Surga.

Amin Yarobbalalamin.

almamater

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

vi

PRAKATA

هتاگربوهللاةمحرومکيلعمالسلا

Alhamdulilah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT

atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga penyusunan laporan

Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi

persyaratan untuk menyelesaikan program studi S-1 pada Program Studi Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan

dukungan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Kemudian dengan selesainya Tugas Akhir ini penulis juga mengucapkan

terima kasih kepada :

1). Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2). Bapak Mochamad Solikin, S.T., M.T., Ph.D., selaku Ketua Program Studi

Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3). Bapak Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama sekaligus

sebagai Ketua Tim Penguji.

4). Bapak Gurawan Djati Wibowo, S.T., M.Eng., selaku Pembimbing

Pendamping sekaligus sebagai Sekertaris Tim Penguji.

5). Bapak Ir. Hermono S.B., M.Eng., selaku Anggota Tim Penguji.

6). Bapak Drs. Gotot Slamet Mulyono, M.T., selaku Dosen Pembimbing

Akademik.

7). Ibu dan kakak, adik serta semua keluarga dirumah, terimakasih untuk doa dan

kasih sayangnya.

8). Mbah Ruji, yang selalu mendoakan semua cucu-cucunya.

9). Teman-teman yang selalu memberi waktu, tenaga dan perhatiannya.

10). Pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.

vii

Semoga segala bantuan yang diberikan, senantiasa mendapatkan ridho dari

Allah SWT dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita

semua. Amin

هتاکربوهللاةمحرومكياعمالسلاو

Surakarta, Maret 2015

Penyusun

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii

LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................... iii

MOTTO ................................................................................................................... iv

PERSEMBAHAN .................................................................................................... v

PRAKATA .............................................................................................................. vi

DAFTAR ISI ............................................................................................................ viii

DAFTAR TABEL.................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xi

DAFTAR NOTASI .................................................................................................. xiv

DAFTAR ISTILAH ................................................................................................ xv

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xvii

ABSTRAKSI ............................................................................................................ xviii

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ............................................................................... 1

B. Rumusan Masalah ........................................................................... 2

C. Tujuan Penelitian ............................................................................ 2

D. Batasan Masalah.............................................................................. 2

E. Manfaat Penelitian .......................................................................... 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 4

BAB III. LANDASAN TEORI

A. Tipe Aliran Pada Bendung .............................................................. 7

B. Debit Aliran ..................................................................................... 8

C. Persamaan Energi Saluran Terbuka ................................................ 10

D. Bilangan Reynolds ........................................................................... 11

E. Bilangan Froude.............................................................................. 12

F. Mercu Pelimpah .............................................................................. 13

G. Peredam Energi Tipe Roller Bucket ................................................ 15

H. Loncat Air ....................................................................................... 23

ix

BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN

A. Lokasi Penelitian ............................................................................. 26

B. Bahan dan Peralatan ........................................................................ 26

C. Pengamatan ..................................................................................... 31

D. Perencanaan Model ......................................................................... 31

E. Running Penelitian .......................................................................... 35

F. Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 38

G. Bagan Alur Penelitian ..................................................................... 40

BAB V. HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengujian ............................................................................... 41

B. Analisis Data dan Pembahasan ....................................................... 41

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ..................................................................................... 61

B. Saran ................................................................................................ 61

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

x

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1 Running Penelitian ...................................................................... 35

Tabel V.1 Kecepatan Aliran ........................................................................ 43

Tabel V.2 Koreksi Unjuk Kerja Loncat Air dengan Kehilangan Energi ..... 58

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar III.1 Vnotch : Triangular Thin-Plate Weir ......................................... 8

Gambar III.2 Vnotch : Nilai Ce dan Kv ............................................................. 9

Gambar III.3 Energi Dalam Aliran Saluran Terbuka Berubah Beraturan ........ 10

Gambar III.4 Pola Penjalaran Gelombang di Saluran Terbuka.. ...................... 13

Gambar III.5 Bentuk Mercu Tipe Ogee dan Tipe Bulat.. ................................. 14

Gambar III.6 Bentuk-bentuk Bendung Mercu Ogee ......................................... 14

Gambar III.7 Grafik Perencanaan Mercu Ogee ................................................ 15

Gambar III.8 Kolam Olak Tipe Roller Bucket .................................................. 16

Gambar III.9 Pusaran Air pada Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket ............ 17

Gambar III.10 Radius Minimum Lengkung Bucket............................................ 19

Gambar III.11 Kedalaman Minimum Air di Hilir Bucket ................................. 20

Gambar III.12 Kedalaman Maksimum Air di Hilir Bucket .............................. 21

Gambar III.13 Kedalaman Minimum Air yang Dapat Menyebabkan Pusaran

Terjadi di Luar Bucket ............................................................... 22

Gambar III.14 Loncatan Berombak .................................................................... 23

Gambar III.15 Loncatan Lemah .......................................................................... 23

Gambar III.16 Loncatan Berosilasi ..................................................................... 24

Gambar III.17 Loncatan Tetap ............................................................................ 24

Gambar III.18 Loncatan Kuat ............................................................................. 24

Gambar IV.1 Air yang Digunakan Dalam Penelitian ....................................... 26

Gambar IV.2 Kayu, Lem, Malam dan Meteran ................................................ 27

Gambar IV.3 Saluran/Open Flume 30x60x1000 cm ......................................... 27

Gambar IV.4 Bak Penampung Air .................................................................... 28

Gambar IV.5 Pompa Air ................................................................................... 28

Gambar IV.6 Kran Pengatur Debit .................................................................... 29

Gambar IV.7 Tail Gate...................................................................................... 29

Gambar IV.8 Pelimpah Ogee, Kolam Olak Solid Roller Bucket dan Baffle

Blocks .......................................................................................... 30

Gambar IV.9 Mistar Ukur pada Open Flume .................................................... 30

xii

Gambar IV.10 Grafik Koefisien Peluapan Mercu Ogee Hubungan Antara p/hd 32

Gambar IV.11 Tampang Lintang Bendung Tipe Ogee dan

Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket ......................................... 34

Gambar IV.12 Baffle Block Tipe Cekung Setengah Lingkaran .......................... 34

Gambar IV.13 Baffle Block Tipe Cekung Parabolik ........................................... 35

Gambar IV.14 Bagan Alur Penelitian ................................................................. 40

Gambar V.1 Letak Kecepatan di Hulu Bendung (v1),

di Atas Bendung (vcr) dan di Hilir Kolam Olak (v2) ................... 42

Gambar V.2 Hubungan Antara Variasi Debit Q (cm3/dt) dengan Kedalaman

Aliran h (m) ................................................................................. 44

Gambar V.3 Hubungan Antara Variasi Debit Q (cm3/dt) dengan

Kecepatan Aliran v (cm/dt) ......................................................... 44

Gambar V.4 Tekanan pada Puncak Mercu Bendung ....................................... 46

Gambar V.5 Profil Muka Air yang Melintasi Tubuh Bendung dengan

Data Kedalaman Aliran h (cm) ................................................... 47

Gambar V.6 Profil Muka Air yang Melintasi Tubuh Bendung dengan

Data Kecepatan Aliran v (cm/dt) ................................................ 47

Gambar V.7 Hubungan Antara Posisi Horisontal (x) (cm) Bendung dengan

Kedalaman Aliran h2 trial (cm) ................................................... 48

Gambar V.8 Hubungan Antara Posisi Horisontal (x) (cm) Bendung dengan

Kecepatan Aliran v (cm/dt) ......................................................... 48

Gambar V.9 Penempatan Baffle Blocks pada Kolam Olak .............................. 49

Gambar V.10 Arah Aliran pada Baffle Blocks ½ Lingkaran ............................. 51

Gambar V.11 Arah Aliran pada Baffle Blocks Parabolik .................................. 51

Gambar V.12 Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Bilangan Reynolds ... 52

Gambar V.13 Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Kehilangan

Energi (cm).................................................................................. 54

Gambar V.14 Hubungan Perbandingan Kehilangan Energi Terhadap Energi

Awal (hf/E1) dengan Angka Reynolds Awal (Re1) ..................... 54

Gambar V.15 Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Panjang

Loncat Air (cm) ........................................................................... 57

xiii

Gambar V.16 Hubungan Perbandingan Panjang Loncat Air Terhadap Tinggi

Bendung (Lj/P) dengan Angka Reynolds Awal (Re1) ................. 57

xiv

DAFTAR NOTASI

Notasi III.1 Debit melalui Vnotch Weir (m3/dt) ............................................. 9

Notasi III.2 Nilai Kv (ft) ................................................................................. 9

Notasi III.3 Persamaan energi aliran sejajar atau berubah beraturan ............. 11

Notasi III.4 Persamaan Energi (energy equation) .......................................... 11

Notasi III.5 Bilangan Reynolds ....................................................................... 11

Notasi III.6 Bilangan Froude.......................................................................... 12

Notasi III.7 Persamaan loncat air ................................................................... 25

Notasi III.8 Selisih kehilangan energi ............................................................ 25

Notasi III.9 Selisih kehilangan energi ............................................................ 25

Notasi V.1 Persamaan debit aliran ................................................................ 42

Notasi V.2 Persamaan konservasi momentum .............................................. 45

Notasi V.3 Persamaan gaya yang ditahan baffle blocks ................................ 50

Notasi V.4 Persamaan efisiensi energi .......................................................... 53

Notasi V.5 Persamaan Hubungan Perbandingan Kehilangan Energi Terhadap

Energi Awal (hf/E1) dengan Angka Reynolds Awal (Re1).......... 55

Notasi V.6 Persamaan Hubungan Perbandingan Panjang Loncat Air

Terhadap Tinggi Bendung (Lj/P) dengan Angka Reynolds Awal

(Re1) ............................................................................................ 58

xv

DAFTAR ISTILAH

A : luas penampang aliran (m2)

b : lebar saluran (m)

B : lebar bendung (cm)

Cd : koefisien debit

Ce : koefisien tampang saluran

E : energi (m)

E1 : energi di hulu mercu (m)

E2 : energi setelah pusaran (m)

Fr : angka Froude

F1 : gaya hidrostatis pias 1 (dyne)

F2 : gaya hidrostatis pias 2 (dyne)

g : percepatan gravitasi (m/dt2)

h1 : kedalaman air di hulu mercu (m)

h2 : kedalaman muka air hilir setelah pusaran (m)

hcr : kedalaman air di atas mercu (m)

hf : kehilangan energi (m)

Lj : panjang pusaran air (m)

M : momentum (dyne)

Q : debit aliran (m3/dt)

R : jari-jari hidraulik (m)

Re : bilangan Reynolds

V : kecepatan rata-rata aliran (m/dt)

Vcr : kecepatan awal aliran di atas mercu (m/dt)

V1 : kecepatan di hulu mercu (m/dt)

V2 : kecepatan setelah pusaran (m/dt)

Vcr : kecepatan kritis di mercu bendung (m/dt)

W : berat air pada volume kontrol (dyne)

υ : kekentalan kinematik (m2/dt)

xvi

θ1 : sudut antar gaya hidrostatik dengan kemiringan tubung bendung pada

pias 1 ( o )

θ2 : sudut antar gaya hidrostatik dengan kemiringan tubung bendung pada

pias 2 ( o )

θt : sudut kemiringan punggung bendung ( o )

w : berat jenis air (dyne/cm3)

: rapat masa dari air (1 gr/cm3)

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran I Penentuan Debit Rencana

Lampiran II Tabel Rencana Debit

Lampiran III Hasil Pengamatan Penelitian

Lampiran IV Tabel Kecepatan Aliran dan Bilangan Reynolds

Lampiran V Tabel Kehilangan Energi

Lampiran VI Tabel Analisis Muka Air di atas Tubuh Bendung Dengan

Konservasi Momentum

Lampiran VII Gambar Model Bendung

Lampiran VIII Gambar Penempatan Baffle Blocks

Lampiran IX Tabel Kekentalan Viskositas

Lampiran X Lembar Konsultasi

xviii

ABSTRAKSI

Beberapa rekayasa yang dilakukan manusia untuk memenuhi kebutuhan air

adalah dengan teknologi penyimpan air (dengan dibangunnya bendungan dan

embung), sedangkan untuk dapat mengalirkan dari sungai ke sawah dapat

dilakukan dengan pembangunan bendung dan saluran irigasi. Peninggian muka air

karena bendung akan mengakibatkan adanya aliran yang deras di bagian hilir

bendung. Jika dalam suatu aliran terjadi perubahan jenis aliran dari superkritis ke

subkritis, maka akan terjadi loncatan air (hydraulic jump). Untuk mereduksi

energi yang terdapat di dalam aliran tersebut, maka pada kolam olak bendung

biasanya dipasang baffle blocks. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui

pengaruh penempatan baffle blocks tipe cekung setengah lingkaran dan parabolik

terhadap panjang loncat air dan kehilangan energi.

Penelitian dilakukan di Laboratorium Hidraulika Program Studi Teknik Sipil

Fakultas Teknik UMS. Penelitian ini menggunakan open flume berukuran

30x60x1000 cm dengan kemiringan dasar saluran 0,005. Menggunakan pelimpah

ogee dengan kemiringan tubuh bendung 0,6:1, dan menggunakan kolam olak tipe

solid roller bucket dengan baffle blocks tipe cekung setengah lingkaran dan

parabolik ukuran 5/12 R. Penelitian dilakukan dengan 11 seri, masing-masing seri

dilakukan empat tahap running dengan empat macam variasi debit, sehingga total

running yang dilakukan sebanyak 44 running. Pada setiap debitnya kemudian

dilakukan pengujian panjang loncat air dan kehilangan energi.

Hasil penelitian menunjukkan beberapa kesimpulan, pertama, susunan baffle

blocks yang paling baik untuk meredam energi aliran adalah baffle blocks tipe

cekung parabolik dengan posisi pada awal radius lengkung kolam olak, berlaku

untuk semua nilai debit (seri P2.Q). Kedua, posisi baffle blocks yang paling

efektif untuk mereduksi panjang loncat air adalah baffle blocks tipe cekung

parabolik dengan posisi di antara awal dan tengah lengkung kolam olak, berlaku

untuk semua nilai debit (seri P3.Q). Ketiga, Unjuk kerja dari bentuk dan posisi

baffle blocks yang paling efektif untuk meredam energi aliran dan mereduksi

panjang loncat air adalah baffle blocks tipe cekung parabolik dengan posisi di

antara awal dan tengah lengkung kolam olak, berlaku untuk semua nilai debit (seri

P3.Q).

Kata kunci : pelimpah ogee, solid roller bucket, baffle blocks tipe cekung

setengah lingkaran dan parabolik, panjang loncat air, kehilangan energi.